王平

（福建晋江天然气发电有限公司，福建晋江，362200）

　　摘　要：本文简述390H型发电机的密封系统，浅析其进入润滑油的原因及其造成的危害，提出了防止发电机进入润滑油的防范措施。

　　关键词：油氢压差；全氢冷却；水氢氢冷却；氢气纯度；氢气湿度；油泥；腐蚀

　　0　引言

　　390H型发电机，引进GE公司技术，由国内制造，采用全氢冷却方式。全氢冷却发电机和水氢氢冷却发电机相比，氢气密封更为困难，且较易进入润滑油。390H发电机定子膛内氢气压力0.414MPa（氢温40℃时），电力行业规定油氢压差0.0345MPa。和300MW水氢氢冷却发电机相比，水氢氢冷却发电机定子膛内氢气压力0.31MPa，油氢压差0.085MPa。可以看出全氢冷发电机定子堂内氢气压力较高，而油氢压差反而较低，所以全氢冷发电机的密封比水氢氢冷却发电机的更为困难，全氢冷发电机内更容易进入润滑油。GE公司TIL文件规定390H发电机油氢压差正常范围在0.038MPa以上，对上限定值没有规定。使用390H发电机的电厂为了控制发电机氢气泄漏量不超过规定值，往往采用提高发电机油氢压差的办法来控制氢气泄漏量。由于油氢压差过高，润滑油比较容易进入发电机内部，对发电机造成危害。本文简述了390H发电机密封系统的结构和工作原理，进入润滑油的原因和防范措施，简要说明了发电机定子进入润滑油后造成的危害。不言而喻，要采取一切措施防止发电机定子进入润滑油。

　　1　390H发电机密封油系统

　　1.1发电机密封系统简介

　　发电机密封油系统由密封油控制装置、油氢分离器、密封油回油扩容器及浮子阀、轴承回油扩容器、氢气分离器、密封组件等组成，其中密封油控制装置和密封组件对氢气密封起到关键性的作用。密封油控制装置的主要部件是一个仪表盘和一个油氢压差调节阀。油氢差压调节阀为隔膜阀，其上部位连接发电机氢气压力，下部位连接密封油油压，通过螺母设定恒定的油氢差压值。油氢差压阀根据发电机内氢气压力的变化，自动调整进入发电机密封组件的密封油油压，维持油氢差压的稳定，使密封油油压略高于发电机的氢气压力。油氢压差调节阀出口油压力和发电机氢气压力之差称为油氢压差。

　　1.2发电机密封系统工作原理

　　整个发电机是一个密封的腔室，在前后轴端各设置了一个如图1所示的双层密封环，俗称密封瓦，每个轴的密封瓦分为上密封瓦和下密封瓦，密封瓦和发电机轴之间有密封齿，密封齿与发电机轴颈有约0.076～0.381mm左右的径向密封间隙。密封油从两层密封环的中间进入，从两端流出，一端与发电机定子内的高压氢气接触，此处回油间隙较小，外加一个油挡也可减小密封油流量，充入高于氢气压力38.5～49.0kPa的密封油，发电机内氢气压力在运行中有一定的变化量，因此要求跟踪这一变化情况，始终保持密封油压力略高于发电机内的氢气压力，防止氢气外漏；另一端与外界空气接触，回油间隙较大，因此大量的密封油从空气侧回油。由于大气压力基本恒定，而密封油压力随着发电机内氢气压力的变化进行调节，因此发电机内氢气压力越高，空气侧回油的压差就越大，空气侧的回油量增加，整个密封油系统的密封油流量也随着增大。

图1 发电机氢气密封的机械结构

　　2　发电机进油原因浅析

　　2.1油氢压差偏高

　　油氢压差设定值偏高或者因为操作使密封油压力短时突然升高，使密封油进入发电机。由于GE公司TIL文件未规定油氢压差上限值，所以值班员往往会抬高油氢压差值，以控制发电机的氢气泄漏量。值班员操作不当也会引起油氢压差短时偏高。密封油系统投运过程中，油氢差压阀前后手动门开启过快，油氢差压阀跟踪滞后，会使油氢差压阀后油压力突升；油氢差压阀隔离检修，进行油氢差压阀主路、旁路切换时，主、旁路阀门开启程度调整配合不当，也会使油压力突升。

　　2.2发电机气体置换操作方式

　　检修前进行发电机氢气置换，如果定子膛内气体压力下降过快，油氢压差阀跟踪滞后，润滑油就会进入发电机。发电机检修后进行气体置换，如果先投发电机密封油，然后在通入置换气体，那么在发电机定子膛内没有压力的这段时间可能就会进入润滑油。

　　2.3回油浮球阀卡涩

　　密封瓦氢气侧的油回到密封油回油扩容器，在回油扩容器内氢气被分离出来排出，从回油扩容器出来的油则继续流到回油浮球阀进一步分离出氢气排到厂房外。如果回油浮球阀卡涩，导致回油不畅，氢侧回油扩容器的油位异常升高，会引起发电机进油。

　　2.4其它原因

　　密封瓦与大轴的间隙过大，密封齿缺损或者变形，相同的油氢差压，进入密封瓦氢侧的油量增加，也会使润滑油进入发电机。油氢差压阀控制失灵，或者跟踪发电机氢压的变化反应不灵敏，也会使发电机进油。

　　有的电厂对发电机进油可能不太注意，往往认为把油污清除干净就可以了，而不去考虑发电机进油后所产生的危害。现就对发电机进油产生的危害作具体说明，在说明之前有必要简述一下润滑油的腐蚀机理。

　　3　润滑油的腐蚀机理

　　所谓腐蚀是指润滑油中所含的侵蚀性物质和金属零部件、绝缘材料等发生化学反应引起的损坏。

　　润滑油具有腐蚀性是因为在制取和贮存的过程中混入了水份，氧气，无机物，机械杂质等物质。氧气进入润滑油就会受到氧化作用的影响产生新的物质，比如脂肪酸，它就具有腐蚀性。润滑油中的基本组分（烷烃、环烷烃）对金属、绝缘材料等是没有腐蚀的，对金属、绝缘材料有腐蚀作用的是润滑油中的酸类物质（水溶性无机酸类、油溶性有机酸类、水溶性低分子有机酸类等）。成品润滑油本身不含无机酸，引起金属、绝缘材料腐蚀的无机酸，一是来自润滑油加工过程中未除尽的酸类物质，二是在使用、贮存、运输过程中混入的。无机酸可以直接和金属作用生成相应的无机酸盐，造成化学腐蚀。有机酸包括油溶性的高分子有机酸和水溶性低分子有机酸类两种、在加工过程中，润滑油基础油中所含的有机酸类绝大部分都已被除去，引起金属、绝缘材料腐蚀的有机酸类，主要是润滑油使用过程中产生的氧化产物，比如低分子有机酸。低分子有机酸在有水份存在的情况下对金属、绝缘材料的腐蚀作用十分强烈，其腐蚀性随分子量的增大而减弱。润滑油的腐蚀性用腐蚀度来表示。

　　润滑油中的腐蚀性物质以及氧化产物对发电机零件的腐蚀程度，用润滑油的腐蚀度加以评定。腐蚀度是通过腐蚀度试验得到的，测定原理是利用粘附在金属表面的润滑油薄膜，间断地与空气接触发生氧化并引起对金属的腐蚀。测定时，试验油的温度保持在140℃，将已知重量的标准尺寸的金属片，以15次/min浸入试验油的速度连续试验50h，Z后测出金属片减轻的重量，以g/m²表示，这个Z后减轻的金属重量就是该试验润滑油的腐蚀度。

　　4　390H发电机进入润滑油的危害浅析

　　4.1使发电机的氢气纯度降低

　　沿大轴漏入发电机内部的润滑油，混入氢气后形成油氢混合物，然后被高速旋转的转子甩出形成雾化状态的油雾。雾化程度不高的油氢混合物附着在发电机端部的绕组、氢气冷却器、端盖等部件上，然后凝集流入发电机底部；雾化程度较高的油氢混合物跟随发电机膛内的氢气弥漫于发电机内部，使发电机膛内的氢气纯度降低。电力行业规定：“一般要求发电机内氢气纯度保持在96%以上，低于此值时，应进行排污”。一般情况下，当发电机膛内的氢气压力不变时，氢气纯度每降低1%，其通风摩擦损耗大约增加11%，从而降低发电机的效率。发电机损耗增加，产生的热量随之增加。雾状的油氢混合物跟随氢气走过一段距离后，可能有部分或者全部润滑油从氢气中分离出来。只要发电机的运行状态不变、漏油的状态也不变，那么就会在发电机的某个局部形成一个氢气纯度比较低的区域，这个区域的散热条件变差，出现热量滞留累积，Z终导致发电机局部过热。发电机局部过热会引起发电机定子线棒绝缘或铁芯绝缘老化甚至击穿。

　　4.2使发电机的氢气湿度超标

　　润滑油里的水分会使发电机膛内的氢气湿度超标，氢气湿度超标有3个方面的危害：

　　（1）氢气湿度超标造成发电机定子线圈端部短路事故。氢气湿度越高，氢气中的水分越多，气体的介电强度就越低，定子绕组受潮，绝缘电阻降低，从而降低了绝缘表面的放电电压，发电机端部引线的瓷绝缘套管容易发生沿面闪络造成端部短路事故。在电力行业，类似的事故是发生过的。

　　（2）氢气湿度超标造成发电机转子护环产生应力腐蚀。氢气湿度高，将对其接触的金属产生应力腐蚀，而应力腐蚀与金属氢脆相互起到催化作用，使发电机转子护环的腐蚀加剧，严重时会导致发电机转子护环出现应力腐蚀裂纹。据有关资料介绍，对非18Cr18Mn材料的护环，氢气相对湿度在50%以上是，对其应力腐蚀将急剧加速；即使是采用18Cr18Mn材料的护环，氢气相对湿度在80％以上时，同样会使发电机转子护环产生应力腐蚀。由于应力腐蚀使护环产生裂纹，同时绝缘瓦松动，引起绝缘瓦与护环端部转子线圈摩擦，有可能引起发电机转子线圈接地或短路。

　　（3）影响发电机的运行效率。由于氢气中湿度大，水分高，使气体密度增大，增加了发电机通风损耗，降低了发电机的运行效率。

　　4.3产生油泥赌赛发电机冷却通道

　　油雾跟随氢气进入发电机定子绕组、定子铁芯、转子绕组的通风道（或通风孔）中，沉积为油泥赌赛冷却通道，影响发电机的通风和散热。严重时会引起定子绕组、定子铁芯、转子绕组的通风道赌赛，出现局部过热，导致发电机局部绝缘事故。油泥是一种比较稳定的油水乳状体与多种杂质的凝聚物。390H发电机在制造的时候难免会在一些卫生死角留有灰尘和制造垃圾，发电机在运行中会因为微振而引起绝缘材料和铁芯产生摩擦，产生绝缘粉末，电力行业俗称“黄粉”。发电机在运行中，带黏性的油雾在氢气带动下卷走发电机内部的部分灰尘、制造垃圾和绝缘黄粉，Z终形成黑色的凝聚物-油泥。

　　发电机的黑色油泥属于低温沉积物，390H发电机正常运行时定子线棒温度在60℃左右，处于低温运行状态。和转子相比，发电机定子线棒、铁芯的冷却通道被黑色油泥堵塞的可能性要大得多，因为转子在运行中处于高速旋转状态，沉积的油泥会被高速甩出。

　　4.4腐蚀发电机绝缘材料和端部部件

　　润滑油附着在发电机定子端部绕组、绝缘垫条、波纹板、密封圈等表面上，会对定子绕组环氧云母带，定子线棒的绝缘垫条、侧面波纹板，定子端部密封条等部件产生溶解侵蚀作用，这种溶解侵蚀作用是一个漫长的腐蚀过程，这些部件长期受到润滑油的侵蚀，慢慢地也会降低甚至失去它应有的作用。390H发电机端部的密封圈受到润滑油腐蚀后，它的伸缩性就会变差，密封圈的直径会变大，出现局部隆起现象，密封性变差。

　　5　发电机进油的防范措施

　　5.1确定合理的油氢压差上限值

　　GE公司TIL文件规定390H发电机油氢压差正常范围在0.038MPa以上，但是对0.038MPa以上的上限定值没有规定。油氢压差的上限值需要根据390H发电机实际运行工况由燃气电厂自己确定，每台发电机的合适油氢压差的上限值可能会各不相同。为摸索并确定390H发电机油氢压差的上限值，在发电机检修前和检修后，建议用户对每台发电机的油氢差压、密封油总流量、氢侧回油量以及进油检查情况等进行统计和对比，制作统计表，根据统计表调整油氢压差的上限值。经过多次调整和检查发电机的进油情况，Z终确定合适的发电机油氢压差上限值。

　　5.2调整密封油系统的投退操作方式

　　在发电机气体置换，密封油投退的操作过程中，避免在发电机定子膛内没有气压（标准大气压）的情况下投密封油，应该始终保证在投密封油前，发电机膛内有高于标准大气压接近额定氢压的气体压力。发电机检修前置换氢气，Z后氢气置换成空气后，保持发电机定子膛内有一定压力的压缩空气，然后停运密封油系统，让膛内压缩空气自由外泄降压。发电机检修后发电机定子堂内置换成CO₂，当发电机定子膛内冲到有一定压力的CO₂气体后，在有微量CO₂气体外泄的情况下投入发电机密封油把CO₂气体封住，然后再冲入氢气把CO₂置换掉。这种操作置换方式，在置换过程中会有少量的空气和CO₂从发电机定子膛内泄漏出来，但是可以保证在置换过程中，润滑油不会因为操作的原因进入发电机内部。

　　5.3做好发电机密封系统的点检定修工作

　　定期检查发电机密封环、测量密封间隙，保证发电机密封环的完好性和密封间隙在合格范围内。定期检查密封系统的油氢压差控制阀、回油浮球阀、各种信号探测器等部件，保证发电机密封油系统所有部件的完好性和工作的灵敏性。只有保证了发电机密封系统的完好性和工作的可靠性，才能有效的防止润滑油进入发电机。

　　6　结语

　　全氢冷却390H发电机在氢气密封的环节不如水氢氢冷却的发电机已有的多年运行经验，比较容易进入润滑油。使用390H发电机的燃气轮机发电厂为了控制氢气泄漏量不超标，往往毫无顾忌地提高油氢压差，这可能也是发电机进入润滑油的主要原因。抬高390H发电机油氢压差的思想根源，可能就在于GE公司只对油氢压差下限值作了规定，但对0.038MPa以上的上限定值并未作规定和说明。油氢压差的上限定值多少为合适，这可能要靠国内使用390H发电机的燃气轮机发电厂长时间地摸索与总结，在实践中不断试用油氢压差的多个上限值并每次检查发电机内部的进油情况，Z终确定合适的油氢压差上限值。

　　润滑油进入发电机造成的伤害是非常严重的，会引起发电机端部绕组短路，定子绕组局部过热，转子护环开裂，定子铁芯局部过热损坏等事故，这些事故分别是《防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义》第10.2、10.6、10.8、10.10条规定需要注意防止的，所以要采取一切措施防止润滑油进入全氢冷发电机。

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